OpenGL超级宝典学习笔记——镜面光与法线平均

光照效果仅仅使用环境光和漫反射光的光照效果，喷气式飞机表面的颜色看起来比较平淡。在渲染木材，泥土，布料，纸箱上等这些表面粗糙的物体上，使用环境光和漫反射光的光照效果就基本足够了。但是在为光滑的金属物体建模时，为了使其显得更加逼真，仅仅使用环境光和漫反射光是不够的，还需要镜面光的效果。

镜面亮点

镜面光照和材料属性可以为物体表面添加光泽和亮斑的效果。当入射光与观察者的角度较小时,可以看到镜面加亮的效果。镜面亮点就是几乎所有的光照射在物体表面上并被反射开来。添加镜面光的成分:GLfloat ambientLight = {0.3f, 0.3f, 0.3f, 1.0f};Glfloat diffuseLight = {0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f};//specular light GLfloat specular[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};....//Enable LightingglEnable（GL_LIGHTING）;//set up and enable light0glLightfv（GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, ambientLight）;glLightfv（GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, diffuseLight）;glLightfv（GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, specular）;glEnable（GL_LIGHT0）;specular[]为镜面光成分指定了一个非常亮的白光。模拟太阳当空照的效果。下面的语句就是指定镜面光的成分。glLightfv（GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, specular）;仅仅添加镜面光的效果，我们不会再喷气式飞机上看到什么变换。我们还需要为其指定材料的镜面光反射属性。

镜面发射

给材料添加镜面反射属性的代码段如下：GLfloat specref[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};....//Enable color tracking glEnable（GL_COLOR_MATERIAL）;//set material properties to followglColorglColorMaterial（GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE）;//使后面的材料具有完全的镜面反射效果以及强光泽 glMaterialfv（GL_FRONT, GL_SPECULAR, specref）;glMateriali（GL_FRONT, GL_SHININESS, 128）;代码在设置镜面反射属性之前，为材料的环境光和漫反射光属性开启颜色追踪。材料的镜面光反射属性我们另外单独指定了一个固定不变的值。指定材料的镜面光反射属性为（1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f）代表着完全发射入射的镜面光。在glMaterialfv（GL_FRONT, GL_SPECULAR, specref）；之后的多边形将采用此材料属性。在没有重新调用glMaterial之前，所有的材料都将具有此属性。

镜面指数

在上面的例子中在强烈的镜面光照射和材料镜面反射（完全发射）的效果下导致飞机显示为纯白，只有远离光源的表面除外（未受到光照，显示黑色）。glMateriali（GL_FRONT, GL_SHININESS, 128）;GL_SHININESS属性设置材料的镜面指数，指定了镜面加亮的大小和集中性。如果指定为0，即没有聚焦，即整个多边形均匀加亮。通过设置这个值可以缩小镜面加亮的范围，增加镜面加亮的集中度，制造亮点的效果。这个值越小，表示材质越粗糙，点光源发射的光线照射到上面，产生较大的亮点。这个值越大，表示材质越类似于镜面，光源照射到上面后，产生较小的亮点。这个参数值的范围为1-128。设置为128的效果如下：设置为0时效果如下：（被照射到的多边形整个都加亮了，没被照射到的显示黑色）设置环境的代码如下：void SetupRC（）{// Light values and coordinates GLfloatambientLight[] = { 0.3f, 0.3f, 0.3f, 1.0f };GLfloatdiffuseLight[] = { 0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f };GLfloatspecular[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};glEnable（GL_DEPTH_TEST）; // Hidden surface removalglFrontFace（GL_CCW）;// Counter clock-wise polygons face outglEnable（GL_CULL_FACE）; // Enable lightingglEnable（GL_LIGHTING）;// Setup and enable light 0glLightfv（GL_LIGHT0,GL_AMBIENT,ambientLight）;glLightfv（GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE,diffuseLight）;glLightfv（GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, specular）;glEnable（GL_LIGHT0）;GLfloat specref[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};// Enable color trackingglEnable（GL_COLOR_MATERIAL）;// Set Material properties to follow glColor valuesglColorMaterial（GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE）;glMaterialfv（GL_FRONT, GL_SPECULAR, specref）;glMateriali（GL_FRONT, GL_SHININESS, 128）;// Light blue backgroundglClearColor（0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f ）;glEnable（GL_NORMALIZE）;}

法线平均

由四边形和三角形组成的球体，如果为其的每一个表面都单独指定了法线，那这个球体看起来就是充满棱角。如果我们为每个顶点指定“真实的”法线，那么OpenGL光照计算的所产生的值将会平滑地分布在多边形表面上。这些平面的多边形经过着色之后就像平滑的表面一样。在理论上，如果我们使用足够多的多边形来绘制球体，那球体表面就会显得平滑，这些多边形就近似于真实的表面。就像使用足够多的小短线来模拟平滑的曲线一样。如果把每个顶点都当成真实的表面上的顶点的话，那么这个表面的实际法线值就代表着真实表面的法线。在球体中，法线从球体的中心指向各个顶点。下图图5.30中的，每一个平面片段都有法线垂直指向它的表面。就像在喷气式飞机中的例子一样。在图5.31中法线并不正交于多边形的平面，而是正交于真实球体的表面，或者球体表面的切线。在球体中，计算真实法线较为简单，球体中心和多边形顶点的连线即是。但在一些复杂的物体中，就没那么简单了。需要取得共享一个顶点的多边形的法线，对其进行平均，来获得更加真实的效果。

综合例子

设置光源位置

//光源位置 GLfloat lightPos[] = {0.0f, 0.0f, 70.0f, 1.0f};..glLightfv（GL_LIGHT0, GL_POSITION, lightPos）;
lightPos数组的前三个值x,y,z指定了光源的位置或者方向。如果最后一个值为1.0，说明光源的真实位置就位于lightPos上，是位置性光源，光线从光源发散开来。如果最后一个值为0.0则代表光在无限远处，光源是方向性光源，所有光线是平行的。

创建聚光灯

GLfloat ambientLight[] = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f};GLfloat specular[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};GLfloat specref[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};//光源位置 GLfloat lightPos[] = {0.0f, 0.0f, 70.0f, 1.0f};//聚光灯光照方向朝z轴负方向 GLfloat spotDir[] = {0.0f, 0.0f, -1.0f};void SetupRC（）{glClearColor（0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f）;//开启深度测试glEnable（GL_DEPTH_TEST）; //剔除掉不必要的背面glFrontFace（GL_CCW）;glEnable（GL_CULL_FACE）;glCullFace（GL_BACK）; //开启光照glEnable（GL_LIGHTING）; //设置light0光照参数glLightfv（GL_LIGHT0, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, ambientLight）;glLightfv（GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, specular）; //设置光源位置和方向glLightfv（GL_LIGHT0, GL_POSITION, lightPos）;glLightfv（GL_LIGHT0, GL_SPOT_DIRECTION, spotDir）;glLightf（GL_LIGHT0, GL_SPOT_CUTOFF, 80.0f）; //设置全局环境光glLightModelfv（GL_AMBIENT, ambientLight）;//开启light0glEnable（GL_LIGHT0）; //开启和设置颜色追踪glEnable（GL_COLOR_MATERIAL）; //设置多边形正面的材料的环境光和漫反射光属性为颜色追踪glColorMaterial（GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE）; //设置镜面光的反射属性glMaterialfv（GL_FRONT, GL_SPECULAR, specref）;glMateriali（GL_FRONT, GL_SHININESS, 128）;}
glLightf（GL_LIGHT0, GL_SPOT_CUTOFF, 80.0f）;设置聚光灯的半夹角，使得聚光灯发射出一个光锥。在此光锥之外的物体不会被照射到。
在这个例子中，我们使用一个黄色的小灯泡的方式来模拟光源的位置，通过方向键可以调整其位置。并通过右键菜单来调整，物体的着色模式，和球体的近似程度（由多少多边形组成球体）。GL_FLAT着色模式GL_SMOOTH着色模式完整代码示例：#include "gltools.h"GLfloat ambientLight[] = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f};GLfloat specular[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};GLfloat specref[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};//光源位置 GLfloat lightPos[] = {0.0f, 0.0f, 70.0f, 1.0f}; //聚光灯光照方向朝z轴负方向GLfloat spotDir[] = {0.0f, 0.0f, -1.0f}; //用于旋转 static GLfloat xRot = 0.0f; static GLfloat yRot = 0.0f; #define FLAT_MODE 1 #define SMOOTH_MODE 2 #define LOW_LEVEL 3 #define MEDIUM_LEVEL 4 #define HIGH_LEVEL 5 int iShade = FLAT_MODE; int iLevel = LOW_LEVEL; void SetupRC（）{glClearColor（0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f）; //开启深度测试 glEnable（GL_DEPTH_TEST）; //剔除掉不必要的背面 glFrontFace（GL_CCW）;glEnable（GL_CULL_FACE）;glCullFace（GL_BACK）; //开启光照 glEnable（GL_LIGHTING）; //设置light0光照参数 glLightfv（GL_LIGHT0, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, ambientLight）;glLightfv（GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, specular）;//设置光源位置和方向 glLightfv（GL_LIGHT0, GL_POSITION, lightPos）;glLightfv（GL_LIGHT0, GL_SPOT_DIRECTION, spotDir）;glLightf（GL_LIGHT0, GL_SPOT_CUTOFF, 80.0f）; //设置全局环境光 glLightModelfv（GL_AMBIENT, ambientLight）; //开启light0 glEnable（GL_LIGHT0）; //开启和设置颜色追踪 glEnable（GL_COLOR_MATERIAL）; //设置多边形正面的材料的环境光和漫反射光属性为颜色追踪 glColorMaterial（GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE）; //设置镜面光的反射属性 glMaterialfv（GL_FRONT, GL_SPECULAR, specref）;glMateriali（GL_FRONT, GL_SHININESS, 128）;glEnable（GL_NORMALIZE）;} void RenderScene（）{ if （iShade == FLAT_MODE）{glShadeModel（GL_FLAT）;} else {glShadeModel（GL_SMOOTH）;}glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT）; //矩阵压栈 glPushMatrix（）;glRotatef（xRot, 1.0f, 0.0f, 0.0f）;glRotatef（yRot, 0.0f, 1.0f, 0.0f）;//旋转后重新设置光源位置 glLightfv（GL_LIGHT0, GL_POSITION, lightPos）;glLightfv（GL_LIGHT0, GL_SPOT_DIRECTION, spotDir）;glTranslatef（lightPos[0], lightPos[1], lightPos[2]）;glColor3ub（255, 0, 0）;glutSolidCone（4.0, 6.0, 15, 15）;glPushAttrib（GL_LIGHTING_BIT）;//关闭光照画小黄球 glDisable（GL_LIGHTING）;glColor3ub（255, 255, 0）;glutSolidSphere（3.0, 15, 15）;glPopAttrib（）; //矩阵出栈glPopMatrix（）;glColor3ub（0, 0, 255）; if （iLevel == LOW_LEVEL）{glutSolidSphere（30.0f, 8, 8）;} else if （iLevel == MEDIUM_LEVEL）{glutSolidSphere（30.0f, 10, 10）;} else {glutSolidSphere（30.0f, 15, 15）;}glutSwapBuffers（）;} void ChangeSize（int w, int h）{ if （h == 0）{h = 1;} //设置视口 glViewport（0, 0, w, h）;GLfloat faspect = （GLfloat）w/（GLfloat）h; //透视投影变换 glMatrixMode（GL_PROJECTION）;glLoadIdentity（）;gluPerspective（35.0, faspect, 1.0, 350.0）; //模型视图矩阵 glMatrixMode（GL_MODELVIEW）;glLoadIdentity（）; //先往显示器里平移 glTranslatef（0.0f, 0.0f, -250.0f）;glutPostRedisplay（）;} void SpecialKeys（int keys, int x, int y）{ //改变旋转角度 if （keys == GLUT_KEY_UP）{xRot -= 5.0f;} if （keys == GLUT_KEY_DOWN）{xRot += 5.0f;} if （keys == GLUT_KEY_LEFT）{yRot += 5.0f;} if （keys == GLUT_KEY_RIGHT）{yRot -= 5.0f;} if （xRot > 356.0f）{xRot = 0.0f;} else if （xRot < -1.0f）{xRot = 355.0f;} if （yRot > 356.0f）{yRot = 0.0f;} else if （yRot < -1.0f）{yRot = 355.0f;}glutPostRedisplay（）;} void ProcessMenu（int key）{ switch（key）{ case 1:iShade = FLAT_MODE; break; case 2:iShade = SMOOTH_MODE; break; case 3:iLevel = LOW_LEVEL; break; case 4:iLevel = MEDIUM_LEVEL; break; case 5:iLevel = HIGH_LEVEL; break; default: break;}glutPostRedisplay（）;} int main（int args, char *arv[]）{glutInit（&args, arv）;glutInitDisplayMode（GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH）;glutInitWindowSize（800, 600）;glutCreateWindow（"spot light"）;glutDisplayFunc（RenderScene）;glutReshapeFunc（ChangeSize）;glutSpecialFunc（SpecialKeys）; //创建菜单int menuID = glutCreateMenu（ProcessMenu）;glutAddMenuEntry（"Flag Mode", 1）;glutAddMenuEntry（"SMOOTH Mode", 2）;glutAddMenuEntry（"Low Level", 3）;glutAddMenuEntry（"Midum Level", 4）;glutAddMenuEntry（"High Level", 5）;glutAttachMenu（GLUT_RIGHT_BUTTON）;SetupRC（）;glutMainLoop（）; return 0;} OpenGL超级宝典第4版中文版PDF+英文版+源代码 见 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-10/91413.htmOpenGL编程指南（原书第7版）中文扫描版PDF 下载 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-08/67925.htmOpenGL 渲染篇 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-10/45756.htmUbuntu 13.04 安装 OpenGL http://www.linuxidc.com/Linux/2013-05/84815.htmOpenGL三维球体数据生成与绘制【附源码】 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-04/83235.htmUbuntu下OpenGL编程基础解析 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-03/81675.htm如何在Ubuntu使用eclipse for c++配置OpenGL http://www.linuxidc.com/Linux/2012-11/74191.htm 更多《OpenGL超级宝典学习笔记》相关知识见 http://www.linuxidc.com/search.aspx？where=nkey&keyword=34581本文永久更新链接地址：http://www.linuxidc.com/Linux/2015-02/114001.htm